SCIENCE 3D | 톱니바퀴로 힘과 빠르기 바꾸기 (기어비)

무슨 일이 일어났나

두 톱니바퀴가 맞물리면 닿는 곳의 톱니들은 같은 빠르기로 움직이므로, 작은 바퀴일수록 더 빨리 돕니다.

시뮬레이터의 공을 바퀴 가장자리의 톱니 하나로 보면, 같은 2 m/s 에서 반지름 1 m 바퀴는 한 바퀴에 3.14 s, 0.5 m 바퀴는 1.57 s 가 걸립니다.

기어비는 맞물린 톱니바퀴들의 톱니 수 비로 정해집니다(NASA). 작은 바퀴가 큰 바퀴를 돌리면 큰 바퀴는 느리게 도는 대신 돌림힘이 그 비만큼 커집니다.

NASA 의 자기 기어 시제품은 기어비 4 를 골라, 모터가 내야 할 돌림힘과 모터 무게를 크게 줄였습니다.

맞물린 톱니바퀴는 크기가 달라도 같은 빠르기로 돈다.
NASA 기술 보고서는 기계식 기어에서 맞물린 톱니바퀴들의 톱니 수 비가 기어비를 정한다고 적습니다. 톱니 수가 다르면 도는 빠르기도 그 비만큼 다릅니다. 출처

스터미와 아처는 1901~1904 년에 뒷바퀴 축 안에 톱니바퀴를 넣은 자전거 3 단 허브 기어의 특허를 받았습니다. 이 허브는 체인 톱니와 같은 빠르기의 보통 단에, 31.25 % 빠른 단과 23.8 % 느린 단을 더해 세 가지 빠르기를 냈습니다(영국 과학박물관).

기어비는 맞물린 톱니바퀴들의 톱니 수 비로 정해진다: ratio of gear teeth 출처
보통 톱니바퀴는 맞물린 톱니끼리 닿아서 돌림힘을 전한다: contact between mating gear teeth 출처
NASA 자기 기어 시제품 — 기어비 4 를 골라 모터가 내야 할 돌림힘(과 모터 무게)을 크게 줄였다: 4 출처
1906 스터미-아처 3 단 허브 기어 — 보통 단보다 31.25 % 빠른 단과 23.8 % 느린 단: +31.25 / −23.8 % 출처
스터미-아처 자전거 변속 허브(3 단) 특허를 받은 때 — 1901~1904: 1901–1904 출처
허브 기어의 단 수 — 3 단(보통 단은 체인 톱니와 같은 빠르기): 3 단 출처